什麼是 WPS?它是如何工作的?
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CPU 是極其複雜的野獸。有許多相互關聯的部分,它們都必須完美協調地工作才能達到我們所看到的性能水平。CPU 的關鍵特性之一是高速緩存。這不是一個華而不實的功能。它不會宣傳核心數量或峰值提升頻率。不過,這對性能至關重要。
為什麼緩存?
現代 CPU 的速度快得令人難以置信。它們每秒執行超過 50 億次操作。當 CPU 如此快速地運行時,讓 CPU 持續接收數據是很困難的。RAM 有足夠的容量為 CPU 提供數據。由於帶寬非常高,它甚至可以每秒傳輸一次數據。但這不是問題。問題是延遲。
RAM 可以非常快速地響應。問題是“非常快”是一個很長的時間,你每秒做 50 億件事。即使是最快的 RAM 也有超過 60 納秒的延遲。同樣,60 納秒聽起來根本就不是時間。問題是,如果 CPU 以 1GHz 運行,則需要 1ns 才能完成一個週期。對於達到 5.7GHz 的高端 CPU,這是每 175 皮秒一個週期。那些 60 納秒的延遲現在看起來如何?那是 342 個延遲週期。
這種延遲將成為任何 CPU 性能的殺手。為了解決這個問題,使用了緩存。緩存位於 CPU 芯片本身。它也比 RAM 小得多,並使用不同的結構,SRAM 而不是 DRAM。這使得它的響應速度比主系統 RAM 快得多。緩存通常是分層的,L1、L2 和 L3 用於表示離 CPU 內核越來越遠的層。較低層更快但更小。L1 可以有四個或五個時鐘週期的延遲,比 342 好得多。
但是有些 CPU 提到了 L0?
L1、L2 和 L3 的術語非常標準。對它們的含義和作用的模糊理解是相對普遍的,甚至在 CPU 供應商之間也是如此。這是因為它們受材料和電學物理的支配;沒有多少可以改變。您可以擁有快速緩存或大緩存,但不能同時擁有兩者。如果您在多個內核之間共享緩存,則它需要更大。為此,L1 和 L2 往往是核心特定的。較大的 L3 緩存傾向於在 CPU 或小芯片上的部分或所有內核之間共享。
正如您可能猜到的那樣,L0 與緩存有關,但後來被推入了命名方案。但是,這無助於理解它的含義。不過,您可能會猜到一些事情。它將僅限於一個核心,它會很小,而且會很快。它的另一個名字會有所幫助;那是微操作緩存。
L0 緩存微操作,而不是從內存中緩存數據或完整指令。正如我們最近所描述的,微操作是現代 CPU 的一個特性。x86 和其他 ISA 中的指令龐大、複雜且難以有效地適應管道。如果將它們分解為構成微操作,則可以更有效地流水線化它們。在某些情況下,您甚至可以將多個微操作(甚至來自不同的指令)組合到一個微操作中,從而實現性能提升和功耗降低。
CPU 架構 ft 微操作緩存
為了執行指令,現代 CPU 對其進行解碼。這涉及將指令拆分成其組成的微操作並確定應引用的內存位置。許多軟件經常使用類似的功能,並且經常可以在循環中或從調用的函數中重用相同的代碼。這意味著可以一次又一次地調用準確的指令。這意味著相同的微操作會被一次又一次地調用。如果重複需要相同的微操作,它們可以被緩存。緩存微操作可以減少指令解碼器的負載,減少功耗或幫助更快地填滿管道。
緩存確實需要保持較小,但如果精心管理,可以在單個甚至沒有周期延遲的情況下訪問它。這足以避免對 L1 緩存承擔 4 週期延遲的需要,並且不會帶來緩存未命中的損失。
結論
L0緩存是微操作緩存的別稱。它可以是使用微操作的現代 CPU 的一部分。它通常包含幾千個條目,並且容量以條目數而不是字節數列出。L0 的訪問速度比 L1 快,通常有 1 個或 0 個週期的延遲。緩存微操作可減少指令解碼器的負載,尤其是在充分利用循環或函數的代碼中。
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